魏勇：穿越时空遇见火星_新浪财经

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　　新浪财经讯主题为“和而不同，思想无界”的 CC讲坛第41期演讲于2021年2月6日在北京以网络线上直播方式举行。来自天问一号首席科学家助理中国高校行星科学联盟秘书长中国科学院大学地球与行星科学学院教授魏勇出席并以《穿越时空遇见火星》为题发表演讲。

　　以下为演讲全文：

　　朋友们大家好。我是研究火星的。这是中国自己设计的探测器，第一次在另外一个行星上发回来的行星的照片，具有非常伟大的历史的意义，我觉得每一个中国人看到这张照片都应该感到自豪。那么我作为一个研究行星科学的，我看过这张照片，我的感受这个照片太酷了。

　　我们不妨把眼光放长远一点，我们来想一想20世纪人类干过的最酷的事有哪些？我们可以看一看眼前这里有一个LED灯，生产白光的LED灯是需要蓝光二极管，蓝光二极管获得了2014年的诺贝尔物理学奖，很酷。另外我们还有一些很酷的事，看看我们身边手机、互联网，电脑，这些东西彻底的改变了我们的生活，就在最近一二十年。

　　但是大家有没有想过，这些东西看起来，让我们的人与人之间的关系变得更加紧密，实际上我们每个人的感受是变得更加独立，所以它让我们的感受是从群居变成了独居。因为我们人类从灵长类动物演化而来，我们看所有的灵长类动物甚至绝大多数的动物都是群居的，群居有利于它们的生存。但是这些发明居然令我们变得独居了，这个事情是很奇怪的。我们人类为什么会发明这些东西，我们为什么会需要这些东西？我们人类一旦要发明一个东西，通常是有一些需求，比如说我们人类想跑得更快一点，我们就发现一个自行车，我还想跑得更快，我就发明汽车，我还想更快，我就发明飞机，我是有一种需求在驱动，但是我们人类什么时候需要有这么一个需求去发明手机、互联网，还有电脑这些东西呢？

　　它不是为了我们日常生活而设计的，它是为了深空探测而设计的。深空探测，可以说就是我们整个20世纪人类干过的最酷的事。

　　1969年美国人登上了月球，他们甚至在月球上还飙车，然后带回来382公斤的月壤，很酷。

　　1986年的时候，苏联、日本和德国组成了一个联合舰队，成功穿越了哈雷彗星，哈雷彗星每隔76年回归一次，86年的时候回归。

　　我觉得大家可能看到这个时候，至少有一个感触就是说当年的技术这么先进，哈雷彗星它是一个大约直径十几公里的这么一个大石头，大概就相当于北京的三环以内的区域那么大，你要在茫茫的太空中去探测这样一个东西，它是非常困难。

　　但是当时5个探测器就做到了。那么我们中国的彗星探测什么时候要进行？它是2024年发射，2035年飞到，也算一下1986 ——2035，我们50年之后，所以这是一件非常酷的事。可惜当年没有电视直播，我们谁都没赶上，很遗憾，不过现在机会来了，我们将见证另外一件非常酷的事，那就是由中国、美国和阿联酋共同组建了一个火星舰队，他们马上就已经要飞到火星上去，希望号阿联酋的2月9号入轨，天文1号2月10号入轨，毅力号2月18号入轨，我们将有幸亲眼见证这么一个伟大的时刻，伟大的事件。

　　这是我们的天文一号，我们的天文一号它有一个环绕器，还有一个火星车或者叫做巡视器，能够对火星进行天上和地下联合全方位的探测。那么问题来了，天文一号要看什么呢？

　　时间倒回到2010年的8月份，这张照片是我们一次开会的间歇然后拍下来的。最右边看着镜头的就是我，当年我29岁，看起来一脸懵懂的样子，因为当时我是没有什么压力的，我除了对我研究工作的热爱，别的我什么都不用想，我就研究生刚毕业两年，当时还在做博士后，我要研究火星它的水为什么会消失掉，就为这一个问题研究，我也并没有想到我所研究的内容，将来会成为国家战略的重要组成部分。而我旁边这位这是我的老师，他叫万卫星，当年他52岁，他心里面在考虑的中国的行星探测将来要看什么？所以我们开会讨论的就是这么一个问题。

　　2010年大家没有看错，上面写的是金星，第二次金星探测会议。因为当时我们接到国家给了这个任务，就是要研讨一下中国的行星探测探什么，不光是有火星，还有金星，还有其他的行星，所以这一次虽然说是主题是金星，但实际上我们把火星、金星都放在一块讨论了。

　　整个照片的真正的主角在最左边穿蓝衣服的，这就是我的导师万卫星。他就是后来的天问一号的首席科学家，他当时给我们提出来一个研讨的方案：人类的深空探测已经探了这么多年，我们知道什么了，我们还不知道什么，所以我们中国人在这方面将来要探什么？我们要有一个定位。深空探测，行星探测，它不是一个国家的事，它是全人类的事。我们先搞清楚别的国家探清楚，探明白什么了，然后接下来再去定我们中国人要探什么。所以从2010年一直到现在十来年的功夫，我们一直都是在紧密的关注国外的深空探测，关注国外的行星科学的成果，去准确的把握人类在知识的边界，或者我们在行星的知识的前沿方面，我们走到哪一步了，我们下一步，中国人应该在哪一个方面做贡献。

　　我们现在知道什么呢？在过去大约60年里，基本上人类的探测器已经探遍了太阳系的所有的行星，八大行星，还包括一些彗星、小行星，还有一些木星和土星的卫星等等。

　　这么多探测器发出去，我们可以看到每一个圆环上面都有很多同心圆，每一条线都是代表着一次探测计划，这么多看过去我们看到，看的最多的是月球，其次火星和金星。都看完了我们现在有一个什么样的结论呢？这是我们所有的着陆器，着陆到其他天体上拍摄的照片，这些全都是真实的照片，目前我们就只着陆过这么多天体。

　　我们从最左边开始看，最左边是金星，金星它的地表400多摄氏度的高温，92个大气压，这是一个标准的地域。然后第二个是地球，我们的家园，然后第三个是月球，我们看到一片荒凉贫瘠，然后再接下来三个是小行星，除了乱石，别的我们也什么都看不到。

　　再接下来火星我们熟悉的这种很荒凉的景象，然后再接下来是一颗彗星，彗星的地表大家可以看到它其实就是一块石头，如果不接近太阳，它是不会喷发的，没有那么美丽的尾巴。

　　最后一个土卫6，土卫6曾经被我们寄于厚望，觉得我们一定可以在上面找到生命，随着探测的越来越深入，希望变得越来越小，但是科学家们还没有放弃，我们希望能有更多的探测器去加入探测的行列。那么问题就来了，我们看到的行星是这样，它是不是本来就是这样？

　　太阳系是在46亿年前形成的，太阳和所有的行星，八大行星同期形成，形成完过了46亿年，到现在我们看到它们不同的样子，在46亿年前本身就这样，还是说，后来它逐渐的变成这样？

　　我们探测最多的是火星，我们看到了什么呢？这个学名叫做冲击扇。在地球上有很多，这就是由于河流冲击所冲刷所形成的特殊的地貌。好奇号火星车跑到这些看起来像远古河道的地方发现了什么呢？这张照片我不说它是火星，可能你还以为是地球。鹅卵石，在地球上我们知道，只有河流冲刷才能形成鹅卵石，所以这个鹅卵石应该就是在40多亿年前，由于河流冲刷所形成的，这是目前科学界给了一个比较公认的结论。

　　那么我们现在得到一个什么样的印象呢？火星在今天我们看到它是一个不毛之地，很贫瘠、很荒芜，但是上面种种的科学证据告诉我们，在42亿年前它跟地球是非常相像的，它也有过河流，有过海洋，只不过是后来逐渐的变成了今天这个样子。

　　火星干涸了，经过40多亿年，那么地球为什么没有干涸？再过40多亿年，地球会不会走上火星的老路，也会变成干涸的，地球是不是也变成火星这个样子，从此再无生命。所以地球的未来是不是今天我们火星看到的样子？这就是我们要研究的一个问题。

　　基于这个目的，在过去10年里面我们做了很多的布局，我们要从火星入手，然后对行星进行研究。下面可以简单的介绍一下我们是做了一个怎样的布局，在中国是在怎样研究火星？我们有三个地方可以研究火星，第一个离我们最近的每个人都可以去的，柴达木盆地。柴达木盆地在青海省，它的地貌是跟火星的古湖泊盆地非常的相似，干旱、低温、高盐、高辐射，已经是被公认为典型的地球火星类比的研究基地之一。这张照片是我用手机拍摄的，拍摄于去年的8月份，从青海的赛什腾山，海拔4300米拍摄的，这是8月，这是12月。12月虽然大雪已经封山，但是你可以看到一个非常巨大的变化，在青海省政府的支持下，我们把整个山头削平了，修上了路，在上面建起了中国第一座行星望远镜，目前已经即将竣工，将会对天问一号开展联合的观测。

　　这个望远镜也可以说不是我们中国人的自己的事，它是一个国际行星科学界的事。在2018年的时候，我们就在Nature Astronomy上发了一篇文章，就是介绍中国的行星探测计划，未来10年20年我们都有什么样的计划，我们就介绍了这么一个望远镜，它不仅可以探测火星，它还可以探测木星。

　　因为中国特殊的地貌，所以在中国建设这么一个望远镜，可以跟欧洲的望远镜联合观测，两个望远镜联合的话可以形成24小时不间断的观测，所以会对世界的行星科学界有关火星和木星的研究起到一个非常大的促进的作用。可以说这个望远镜是行星科学界也都是非常期待的一个事情。

　　第二个我们可以研究的地方叫做临近空间，临近空间大约是指距离地面20--100公里的这么一个区域，它的环境参数比青海省是更加接近火星，它缺氧、低温、高UV辐射、强宇宙射线、还有低重力，我们最高的跳伞记录就是从这个区域诞生的，最高纪录大概是41，000米，这是谷歌的副总裁创造的。我们可以看到他跳伞时穿了宇航服，这是因为在这个地方有很强的宇宙射线辐射，如果不穿宇航服，很可能就对身体有致命的伤害。

　　那么要到达这么一个高度，飞机是不行的，普通的民航飞机通常最高飞到1万2千米，而这个地方是可以到4万米，至少是比较核心的区域，是3万米到4万米之间，只有一种工具能比较适合，就是气球。这个气球里面充的是氦气，所以我们中国科学院成立了一个先导专项，叫做鸿鹄专项，我本人是担任专项的首席科学家。我们整个专项的一个最核心的科学目标，就是要利用气球，利用浮空器浮空平台来研究行星科学。

　　下面可以看一下我们做实验的场景，这个气球在起飞的时候，它是瘪的上面会携带一个载荷舱，我们的科学仪器都在黑色的载荷舱里面保存着，你可以看到这个气球目前还不是饱的，这是因为靠近地面气压比较高，越往上的气压越低，它就会膨胀，到达平飞高度也就是30公里以上，载荷仪器就可以开始工作了，这个阶段气球就变的涨满了。当这个实验结束之后，它就会启动一个切割器，把气球抛弃掉，启动降落伞，让科学载荷能够安全的到达地面重复利用。

　　第三个在一直布局做的东西就是我们要充分的利用历史上的其他国家火星探测所产生的科学数据来进行一个综合性的研究。大家可以看到过去曾经有过几十次的探测，当然美国贡献的是最多的，其次还有苏联、日本、法国等等，还有一些除了飞行器，还有火星车，然后利用这些已有的观测数据进行综合分析，结合我们的数据分析。

　　我们对于火星这个水为什么会消失掉，我们现在有一个什么样的结论呢？我的看法是这样的，太阳上是时刻在喷出一种叫做太阳风的物质，它的时速高达150万公里。这么高速的一个太阳风，它的主要成分是氢离子，它如果冲击到一个行星的大气上，是足以把行星的大气给吹的脱离行星，逃逸到星际空间去，而大气和海洋它是一整套的系统是有循环的，如果大气跑了，那么海洋也会跟着消失。

　　所以什么东西能挡住太阳风就是磁场，因为带电粒子遇到磁场会偏转会，它的路径会发生改变。所以地球是因为有了一个很强大的地磁场的存在，它就像一把雨伞挡住了雨的冲刷，而火星甚至包括金星，它是没有磁场的，没有磁场的保护，所以高速的太阳风冲击到火星的大气层上去，就经过了几十亿年，就可能把火星的水全部给吹的就逃离掉了，这是我们关于猜想的一个动画。

　　最开始的时候太阳喷出太阳风，火星也是有磁场的，但是不知道为什么，38亿年前的时候火星的磁场突然消失了，消失之后，太阳风就可以直接吹到火星的大气，然后逐渐的把大气和水全部都吹走了。经过了将近40亿年，火星逐渐的干涸，变成我们今天所看到的样子。

　　那么磁场这么重要，是不是有磁场就行了呢？不光是我们普通人会这么想，美国行星科学界最顶尖的一批科学家也是这么想的。

　　美国国家航天局NASA它的首席科学家Jim Green教授，在2017年就提出利用磁场复活火星，我们在火星的L1点放上一个人工大磁铁，是不是火星就可以重新变成地球了？当然这个说法遭到了另外一批这个也是顶尖科学家的反驳，其中一位叫做Jakosky，这位教授他在经过详细的研究之后，他发现这个想法是不现实的，这个不现实的原因可能超乎大家的想象，原因居然是二氧化碳太少了。

　　二氧化碳在地球上，我们觉得这是一个很讨厌的东西，导致全球变暖，可是在火星它就变成一个好东西，因为火星最高温度20多摄氏度，最低温度零下100多摄氏度，它是一个比较寒冷的星球，如果有足够多的二氧化碳就可以让它变暖，但是很可惜火星没有那么多二氧化碳，所以即使加上磁场，火星也不能再变成地球。

　　我现在得到一个什么印象呢？火星和地球46亿年前同时出生，它们就像一对孪生兄弟，但是后来随着它们的成长，走上了不同的人生路径，所以当我们看到这对兄弟的时候，我们只能看见它们彼此身上有对方的影子，但是完全是两个不同的人。

　　它们的过去发生了什么我们不知道，但是如果我们想知道它们发生了什么，它们彼此互为最好的参照。我们还有那么多的未知，新的探索即将开始，天问一号，希望号和毅力号即将到达火星，未来还将继续，这些探索要靠谁？我们要靠一批又一批的年轻人，这些年轻人会从哪里产生？所以我们需要有行星科学的教育。

　　2021年中国科学院大学将会率先建成行星科学一级学科，这个学科就是专门培养行星科学研究的研究生，目前我们已经开展了研究生的招生，然后本科生的招生下一步会继续。火星天文一号的首席科学家万卫星老师，他是2020年5月20号去世的，我总觉得他其实并没有走，也并没有离开，他只是太心急了，他自己先去火星，自己去探测这些很令人费解的问题。他在临走之前留下了一句话，他说，你在跟年轻人做讲座的时候，你要把这句话告诉大家，那就是：“深空探测看当代，行星科学靠未来。”

　　提问互动环节

　　问：

　　我们知道您在研究火星。我们又知道现在成立了国家的行星一级学科，对于行星一级学科，你有什么话要告诉我们所有的朋友们？

　　答：

　　我觉得行星科学成为一级学科这个事情，将会是未来十年，我们中国高等教育界的一件非常重大的事件。这是为了深空探测国家战略，我们教育界的人做出的一个，我觉得非常值得做的事。什么是一级学科？我们知道物理、化学、数学、天文这叫一级学科，我们为什么要分学科？就是我们说一个科学家他研究什么？他是研究物理的，他是研究化学的，但是我们现在如果说一个人他是研究行星科学的，比如我，就归不到我们现在的教育体系里面去，我的研究生现在拿到这个学位才刚刚变成行星科学，之前我们是放在物理学或者地球科学，这些学科里面去，所以只有当行星科学一级学科正式的建立起来，并且是要在我们很多的高校推广的情况下，我们才有可能去把中国的行星科学家团队建立起来。比较好的消息就是2019年的时候，我们已经成立了一个中国高校行星科学联盟，这个联盟里面参加了30多家高校，大家已经凝聚了一个共识，大家都是下定决心要极力的去推动这件事，推动我们中国的高等教育去为国家战略服务。也希望有很多的年轻人逐渐的都加入到我们这个行业中来。

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